华北平原农田管理措施对冬小麦-夏玉米轮作系统N2O和CH4排放的影响

华北平原是我国重要的粮食生产基地,其农业生产对N_2O和CH_4也具有重要影响.本研究设置包括3类不同农田管理措施的田间试验,即免耕(No-tillage,N)/旋耕(Rotary,T)、秸秆清茬(Cleaning,S0)/还田(Straw,S1)以及不同氮肥水平(常规氮肥(F2),优化氮肥(F1)和空白处理(F0)),分析对产量、N_2O和CH_4排放的影响以及与土壤性状的关系.结果表明,优化氮肥能保持和当地常规氮肥水平相同的粮食产量,同时可以有效降低温室气体CO2-eq(45.4%).秸秆还田可以显著降低N_2O的排放,其中在夏玉米季效果尤为明显.施用氮肥能够抑制土壤对CH_4的吸收.夏玉米季是N_2O排放的主要时期(N_2O累积排放占全年的59%~78%).土壤NO-3含量、WFPS和土壤温度都对N_2O有显著影响.主效应和交互作用分析证明,氮肥水平对两季作物产量、秸秆还田对冬小麦的产量有显著影响;耕作方式与氮肥水平、秸秆还田分别对两季作物产量和CH_4有极显著的交互作用,秸秆处理和氮肥水平对CH_4排放和冬小麦产量有显著的交互作用;三因素的交互作用体现在对冬小麦产量和两季作物的总产量有显著影响.在华北平原当前氮肥水平上降低30%仍能维持和当地常规农业管理措施相同的作物产量,降低N_2O和CH_4排放45%以上,秸秆还田体现出降低N_2O排放以及长期提高土壤有机碳水平的效益.     

秸秆与化肥减量配施对菜地土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气相色谱法,2016年11月至2017年9月通过田间原位试验,设置了无物料还田(CK)、常规化肥(F)、秸秆还田配施100%化肥(100FS)、秸秆还田配施70%化肥(70FS)、秸秆还田配施60%化肥(60FS)、秸秆还田配施50%化肥(50FS),对比分析了在化肥减量的基础上,配施秸秆处理的菜地(莴笋-卷心菜-辣椒轮作)土壤CO_2、CH_4、N_2O动态变化特征及温室效应,研究秸秆与化肥减量配施对菜地温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO_2、CH_4、N_2O排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4~8月,且在施肥灌水后均会出现气体的排放峰.秸秆与化肥配施较常规施肥(F)处理提高了土壤N_2O排放量,累积排放量及其排放系数,其中100FS处理的效果最为明显,辣椒季的累积排放通量明显高于莴笋季和卷心菜季,高达60.76 kg·hm~(-2)(P0.05),N_2O的排放系数(以N_2O-N/N计)为0.138 kg·kg-1,而秸秆与化肥减量配施较100FS处理可以降低氮肥的N_2O排放系数.与对照CK和F处理相比,70FS处理降低了土壤CO_2排放量和累积排放量,分别为55.28~1 831.62 mg·(m2·h)-1和7 502.13~25 988.55 kg·hm~(-2),而其他秸秆与化肥配施处理均增加了CO_2累积排放通量,尤其是60FS和50FS处理.对土壤CH_4排放而言,辣椒季的排放波动较大,除CK外,各处理的土壤CH_4累积排放量多为负值,表现为大气中CH_4汇;秸秆与化肥减量30%~50%配施处理均降低了辣椒季的土壤CH_4排放量和累积排放通量,而100FS处理提高了CH_4排放量和累积排放通量.与CK和F处理相比,除70FS外,100FS、60FS和50FS均显著提高了GWP.总体上,从温室气体排放角度,在常规化肥施用的基础上减量30%再与秸秆配施可以降低土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,而对土壤N_2O减排效果不显著.     

污泥农田利用对番茄生长与N_2O释放的影响

该研究通过在番茄种植过程中分别添加800 kg N/hm~2新鲜污泥(SL)、秸秆堆肥产物(VS)和猪粪堆肥产物(VM),开展作物生长状况和温室气体N_2O排放特征的研究。结果表明,在施入的无机氮量相等情况下,对番茄生长的促进效果为VMVSSL。与对照相比,污泥或生物质堆肥都显著提高了土壤N_2O的释放(p0.05),且土壤N_2O的释放为VM(0.95 kg N_2O-N/(hm~2·a))VS(1.19 kg N_2O-N/(hm~2·a))SL(1.71 kg N_2O-N/(hm~2·a))。因此,可优先采用污泥与猪粪堆肥以在提高作物产量的同时减少温室气体的排放。     

秸秆/生物炭施用对关中地区小麦-玉米轮作系统净增温潜势影响的对比分析

为探讨秸秆、生物质炭施用对小麦-玉米轮作系统固碳减排效应,利用静态暗箱-气相色谱原位监测小麦-玉米轮作系统条件下秸秆、生物质炭施用对土壤CO_2、CH4和N_2O 3种温室气体排放、作物产量、土壤有机碳以及净增温潜势的影响.试验处理设置为:空白对照(CK)、常规施肥(F)、施肥并施用8 t·hm-2秸秆(FS)、施肥并施用8 t·hm-2生物质炭(FBlow)和施肥并施用16 t·hm-2生物质炭(FBhigh)共5个处理.结果表明:与F处理相比,FS、FBlow及FBhigh处理下小麦产量分别提高了30.9%、66.3%和36.6%;对于玉米产量而言,FS,CK及FBhigh处理下玉米产量分别降低了14.1%、18.0%和24.6%,但是FBlow处理下对玉米产量没有显著性的影响.与F处理相比,FS处理下土壤CO_2的年排放总量增加了60.2%,但是FBhigh处理下土壤CO_2的年排放总量减低了14.4%;生物质炭的施用降低了土壤N_2O的排放,与F处理相比,FBlow和FBhigh处理下分别减低了27.6%和38.7%,而秸秆的施用对N_2O的排放没有显著性的影响.总的来说,与F处理相比,FBlow和FBhigh处理下净增温潜势分别降低了24.13和58.44 t·hm-2,单位产量的净综合增温潜势分别降低了1.78和5.06 t·t-1.综上所述,对于小麦-玉米轮作体系而言,施用16 t·hm-2生物质炭可作为一种提高作物产量并降低净增温潜势的良好措施.     

秸秆与水分管理稻田的温室气体排放和碳固定

文章采用田间小区试验,研究了不同秸秆(稻草)还田量和不同水分管理方式对稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响。结果表明:无秸秆还田时,长期淹水增加温室效应的抵消作用大于间歇灌溉温室效应的抵消作用;高量秸秆还田时,长期淹水增加温室效应的抵消作用显著大于间歇灌溉温室效应的抵消作用;秸秆还田显著提高了甲烷(CH_4)排放,减少了氧化亚氮(N_2O)排放,显著提高了土壤有机碳含量,有效提高了土壤固碳量,但温室气体增排的效应非常明显。高量秸秆还田时增加温室效应的抵消作用大于低量秸秆还田,其温室气体净排放更高。该研究中以间歇灌溉且低量秸秆还田处理为最佳处理,3.0 t/hm~2低量秸秆还田量和间歇灌溉可有效发挥稻田秸秆还田的环境效益。     

模拟酸雨对福州平原水稻田温室气体排放的影响

农田生态系统是温室气体的重要排放源,研究酸雨对水稻田温室气体排放及其综合增温潜势的影响,对我国酸雨背景下农田生态系统固碳减排具有重要的现实意义.本文以福州平原水稻田为研究区,通过模拟酸雨探讨其对水稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量及其综合增温潜势的影响.结果表明:模拟酸雨并未显著改变早、晚稻田CO_2、CH_4和N_2O排放的季节变化规律,但降低了其排放通量.与对照组相比,pH=4.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量依次降低11.54%、133.33%和22.22%,晚稻田CO_2和N_2O平均排放通量依次降低39.53%、156.00%,而CH_4平均排放通量与对照组差异不显著;pH=3.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别降低10.82%、75.00%、54.00%,晚稻田平均排放通量分别降低17.32%、20.00%和197.67%.综合增温潜势表明,CO_2的增温潜势显著高于CH_4和N_2O,是稻田生态系统中温室效应的主要温室气体,在pH=4.5和pH=3.5的酸雨作用下,早、晚稻田生态系统温室气体综合增温潜势均降低.     

中国城镇污水处理厂温室气体排放时空分布特征

城镇污水处理厂由于运行过程中能够大量产生二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O),而被视为重要的人为温室气体释放源.采用基于污染物削减量的排放因子法建立了2014年中国城镇污水处理厂温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放清单,并分析温室气体排放的时空分布和影响因素.结果表明,2014年中国城镇污水处理厂温室气体排放总量(以CO_2-eq计)为7 348.60 Gg,CO_2、CH_4和N_2O排放量分别为6 054.57 Gg、27.47 Gg(769.08 Gg,以CO_2-eq计)和1.98 Gg(524.95 Gg,以CO_2-eq计);各省份间排放量差异明显,华东地区排放量较高,西北地区排放量较低,西藏几乎没有排放,2005~2014年这10年间中国通过城镇污水处理厂排放的温室气体总量增长了229.4%,CO_2、CH_4和N_2O的涨幅分别为217.9%、217.9%和520.3%;地区经济的发展水平和污水处理量与当地城镇污水厂温室气体释放量相关性最大,人均蛋白质供应量与城镇污水厂N_2O产生量密切相关.     

3种土壤改良剂对河套灌区玉米田温室气体排放的影响

为研究膨润土、生物炭和聚丙烯酸钾等土壤改良剂对农田温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法研究了5种不同施肥处理(不施肥、常规施肥、常规施肥+膨润土、常规施肥+生物炭、常规施肥+聚丙烯酸钾,分别标记为NF、CK、B、C和PAM)下河套灌区2015、2016两年玉米田温室气体排放动态变化.结果表明,玉米生育期内,河套灌区农田N_2O呈双峰型排放规律,各处理于追肥灌水后5~7 d出现N_2O排放峰值;农田CH_4排放无明显规律,个别处理于追肥灌水后6 d左右出现CH_4排放峰值,其余时期均表现为土壤对CH_4的吸收作用;CO_2呈单峰型排放规律,于玉米拔节期出现排放峰值.相关性分析表明,土壤温度的升高,可显著增加土壤N_2O和CO_2的排放速率.与CK相比,B和PAM处理可显著降低N_2O累计排放量(P0.05),降幅分别为38.59%和45.35%;B、C处理可显著增强土壤对CH_4的吸收作用(P0.05),累计吸收量分别增加144.44%和172.22%;B、C处理CO_2累计排放量与CK差异显著(P0.05),与CK相比分别降低25.40%和22.21%.总体来说,B、C和PAM处理下综合增温潜势较CK分别降低27.77%、19.61%和12.16%,温室气体排放强度降低35.20%、26.65%和13.36%.与CK相比,B、C处理下玉米产量显著提高11.33%和9.59%,净生态系统经济预算显著增加16.15%和12.65%(P0.05).综上所述,对河套灌区玉米种植体系而言,常规施肥基础上添加膨润土、生物炭是提高作物产量、降低增温潜势的有效农业措施.     

不同稻秆处理方式下双季稻温室气体排放通量研究

通过田间试验研究了不同稻秆处理方式下(常规处理(移出稻田+NPK),直接还田(RS)+NPK,原位焚烧还田(BIS)+NPK)双季稻温室气体排放.结果表明,相对于常规处理,RS+NPK处理显著增加CH4排放与减少N2O排放,BIS+NPK处理降低水稻生长季稻田CH4;RS+NPK和BIS+NPK处理稻田N2O排放差异并不显著(P>0.05);早、晚稻秸秆焚烧过程中产生的CH4与焚烧处理田间CH4排放相当,焚烧过程产生的N2O分别为BIS+NPK处理早、晚稻生长季N2O排放总量的90.1%和53.4%,贡献极大.不同处理温室效应表现为RS+NPK>NPK>BIS+NPK,单位产量的温室效应表现为秸秆直接还田处理最高,秸秆原位焚烧处理最低.     

增氧对不同秸秆还田稻田田面水养分动态及温室气体排放的影响

秸秆还田对于改善土壤结构、培肥土壤和提高农作物产量与品质有着重要意义,但秸秆还田会增加甲烷排放和面源污染物排放等环境风险,如何减少秸秆还田带来的负面效应是亟需解决的难题.系统比较了增氧对不同碳氮比秸秆还田稻田水稻生长期内田面水碳氮含量和温室气体排放的影响.结果表明,不同秸秆还田均明显增加了稻田田面水中化学需氧量(COD),虽略微降低了N₂O排放,但显著促进了稻田甲烷的排放和全球增温潜势,大小表现为：麦秸还田>油菜秸秆>蚕豆秸秆还田;秸秆还田处理提高了水稻产量,但统计未达显著水平.增氧处理不显著影响水稻产量,使秸秆还田后田面水COD降低15%～32%,稻田甲烷排放显著降低10.4%～24.8%,稻田GWP显著降低9.7%～24.4%,其中麦秸还田处理下增氧效果最佳.结果发现增氧措施在秸秆还田稻田尤其是麦秸还田稻田温室气体减排与降低COD排放风险中的潜在作用及其应用可能性.